Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 29 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

56 57
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ
ра. Однако при этом всегда надо иметь в виду, что каждый из минера-
лов может разместить в своей решетке лишь определенное количество
примесей, зависящее прежде всего от особенностей его структуры. Эту
сумму оксидов обычно называют либо предельной растворимостью
твердого раствора, либо изоморфной емкостью. Наибольшее количе-
ство примесей сосредоточивается в алюминатной (в пересчете на ок-
сиды 12–13 % мас.) и алюмоферритной (около 10–11 % мас.) фазах
клинкера благодаря своеобразию их структур. Изоморфная емкость
2CaO ⋅ SiO
2
– около 6 % мас. Наименьшее же количество примесей
размещается в решетке 3CaO ⋅ SiO
2
– около 4 % мас.
Для минералов клинкера распространенным типом изоморфизма
является гетеровалентный, наиболее выгодный для этой группы мине-
ралов. Так, например, при образовании твердых растворов Na
2
O в C
3
A
ион Na
+
занимает позиции Са
2+
и компенсация заряда происходит
по схеме
Са
2+
↔ 2Na
+
Вероятность такого замещения обусловлена наличием крупных
полостей в решетке C
3
A, в которых и размещается компенсирующий
валентность атом натрия. Если же ввести в исходные материалы дру-
гие компоненты, например кремнезем, то появление натрия в решетке
C
3
A может происходить и другим путем благодаря иной компенсаци-
онной схеме, а именно:
Са
2+
+ Al
3+
↔ Na
+
+ Si
4+
Каждое изоморфное замещение привносит свои искажения струк-
туры минерала, а следовательно, и изменения его свойств. Если при-
нять во внимание, что в каждом из минералов клинкера заключен це-
лый комплекс изоморфных примесей, то можно представить себе, на-
сколько структура твердого раствора далека от «идеальной» структуры
«чистых» минералов. Чем больше пар гетеровалентных изоморфных
замещений в структуре минерала, тем большие искажения претерпе-
вает структура, за счет чего могут быть значительно улучшены техни-
ческие качества минералов и материалов, их содержащих (активность,
размалываемость). Гетеровалентные изоморфные замещения являют-
ся причиной нарушения стехиометрии оксидов 3:1 и 2:1 в алите и бе-
лите и избыточного количества CaO в них за счет выполнения допол-
нительными ионами кальция роли компенсатора валентности. Указан-
ная способность минералов клинкера включать в свои структуры зна-
чительные количества примесей вместе с избытком СаО в трех- и двух-
кальциевом силикатах свидетельствует о неправильности расчета ко-
личества минералов в клинкере по данным химического анализа
на «чистые» C
3
S, C
2
S, С
3
А, C
4
AF.
2.5. Получение глиноземистого цемента
Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гид-
равлическое вяжущее вещество, состоящее преимущественно из низ-
коосновных алюминатов кальция и получаемое тонким измельчением
обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести (из-
вестняка) и бокситов.
Глиноземистый цемент характеризуется значительным содержа-
нием глинозема, откуда и название «глиноземистый». Кроме того, встре-
чается еще ряд других названий: бокситовый, алюминатый, электро-
цемент, плавленый цемент и др. Химический состав глиноземистых
цементов колеблется в следующих пределах (% мас.): Al
2
O
3
– 35–55;
CaO – 35–45; SiO
2
– 5–10; Fe
2
O
3
– 0–15. Входящие в состав глиноземи-
стого цемента оксиды в отличие от портландцемента образуют глав-
ным образом не силикаты, а алюминаты кальция.
В системе CaO – Al
2
O
3
(рис. 24) известны следующие минералы:
трехкальциевый алюминат 3CaO ⋅ Al
2
O
3
(С
3
А); двенадцатикальциевый
семиалюминат 12CaO ⋅ 7Al
2
O
3
(С
12
А
7
); моноалюминат кальция
CaO ⋅ Al
2
O
3
(CA); диалюминат кальция CaO ⋅ 2Al
2
O
3
(СА
2
); гексаалю-
минат кальция CaO ⋅ 6Al
2
O
3
(СА
6
).
Для всех алюминатов кальция характерен одинаковый структур-
ный мотив – устойчивые анионные комплексы из тетраэдров [AlO
4
]
5–
и октаэдров [AlO
6
]
9–
, в вершинах которых располагаются атомы кисло-
рода, а в центре – атомы алюминия. Они отличаются высокой склонно-
стью к объединению между собой с возникновением более сложных
структур (кольца, цепочки и т. д.).
Трехкальциевый алюминат С
3
А образуется только при получении
портландцементного клинкера. Структура С
3
А представляет собой во-
семь шестичленных колец из [AlO
4
]
5–
, связанных атомами кальция.
Соединение 12CaO ⋅ 7Al
2
O
3
встречается как в портландцементном, так
и в глиноземистом клинкере.

Страницы